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摘要：通過對(duì)丹江口和龍羊峽壩基典型特殊地質(zhì)問題化灌處理設(shè)計(jì)與應(yīng)用的總結(jié)分析，并結(jié)合三峽工程基礎(chǔ)處理設(shè)計(jì)和現(xiàn)場(chǎng)灌漿試驗(yàn)成果以及已有水泥灌漿施工資料，對(duì)化學(xué)灌漿處理水工建筑物基礎(chǔ)特殊問題的設(shè)計(jì)與應(yīng)用問題、三峽工程壩基防滲帷幕和基巖固結(jié)灌漿采用化學(xué)灌漿的可能性和必要性問題進(jìn)行了分析與探討，認(rèn)為化學(xué)灌漿技術(shù)在地基加固處理方面有著發(fā)展和應(yīng)用前景，對(duì)三峽工程特殊地質(zhì)缺陷部位，采用化學(xué)灌漿進(jìn)行地基加固問題值得研究。


　　關(guān)鍵詞：三峽工程；基礎(chǔ)；丙凝灌漿；環(huán)氧灌漿；設(shè)計(jì)；應(yīng)用；分析
1 引言
　　為解決水工建筑物復(fù)雜地基的防滲、堵漏及補(bǔ)強(qiáng)加固等方面的難題，國(guó)內(nèi)外大量采用了化學(xué)灌漿技術(shù)。對(duì)存在特殊問題及結(jié)構(gòu)有特殊要求的地基，當(dāng)采用常規(guī)方法難以處理或處理代價(jià)很大時(shí)，人們通常會(huì)考慮能否采用化學(xué)灌漿處理。
　　三峽工程設(shè)計(jì)各階段的大壩基礎(chǔ)處理，都根據(jù)當(dāng)時(shí)的化學(xué)灌漿技術(shù)發(fā)展?fàn)顩r，考慮或比較過化學(xué)灌漿處理壩基特殊地質(zhì)缺陷。在國(guó)內(nèi)外利用丙凝及丙烯酸鹽灌漿處理細(xì)微裂隙取得較多成功經(jīng)驗(yàn)后，開展了大量的漿材研究及灌漿工藝試驗(yàn)。考慮當(dāng)壩基防滲帷幕采用水泥灌漿不能解決細(xì)微裂隙防滲問題時(shí)，采用丙烯酸鹽做進(jìn)一步的灌漿處理；在三峽工程前期設(shè)計(jì)階段，為論證弱風(fēng)化花崗巖的利用及斷層破碎帶的加固處理問題，進(jìn)行了環(huán)氧樹脂及甲凝(MMA)用于基巖固結(jié)灌漿的研究，并在太平溪壩址開展了野外灌漿試驗(yàn)；三峽工程開工后，針對(duì)升船機(jī)上閘首揭露的P548、f215等泥化斷層的加固處理，進(jìn)行了水泥與環(huán)氧樹脂材料的高壓復(fù)合固結(jié)灌漿試驗(yàn)，取得了較為理想的效果，有關(guān)試驗(yàn)成果擬應(yīng)用于永久船閘輸水系統(tǒng)南五豎井f1096，斷層處理。
2 我國(guó)水工建筑物基礎(chǔ)化灌處理設(shè)計(jì)與應(yīng)用現(xiàn)狀
　　我國(guó)化學(xué)灌漿技術(shù)雖然起步較晚，但發(fā)展較快，許多規(guī)模大的水電工程針對(duì)客觀存在的各種特殊基礎(chǔ)問題，開展了漿材研究及灌漿工藝試驗(yàn)，并應(yīng)用于壩基特殊地質(zhì)條件的防滲、堵漏及加固。
　　目前，我國(guó)在壩基特殊地質(zhì)條件的防滲、堵漏及加固均有相應(yīng)基本灌漿材料及配套的灌漿工藝，但近年來化灌技術(shù)的應(yīng)用相對(duì)較少(與60年代至80年代相比)，工程技術(shù)人員，特別是設(shè)計(jì)人員對(duì)化灌技術(shù)的應(yīng)用表現(xiàn)出較為慎重的態(tài)度，在基礎(chǔ)處理方案論證時(shí)，多傾向采用水泥灌漿及置換回填方案。造成這一狀況的原因是多方面的，有客觀原因，也有主觀原因。客觀原因是人們環(huán)保意識(shí)的加強(qiáng)，以及各種細(xì)水泥與超細(xì)水泥的高壓灌漿技術(shù)的應(yīng)用；主觀原因是化學(xué)灌漿技術(shù)沒有對(duì)各類特殊的地基問題形成相對(duì)完善的灌漿材料配方及相對(duì)統(tǒng)一的灌漿工藝，特別是在加固處理方面，對(duì)各類地質(zhì)缺陷化灌處理效果沒有統(tǒng)一的認(rèn)識(shí)。為改變這一狀況，我國(guó)的化學(xué)灌漿工作者尚需作出很大的努力，研制出毒性低(甚至無毒)、粘度小、價(jià)格低廉的化灌材料，總結(jié)國(guó)內(nèi)外現(xiàn)有的化灌工藝及設(shè)備，制定化學(xué)灌漿規(guī)范或準(zhǔn)則，積累更多的經(jīng)驗(yàn)，并開展廣泛的交流，對(duì)化學(xué)灌漿應(yīng)用于加固處理效果作出客觀公證的評(píng)價(jià)，對(duì)化學(xué)灌漿應(yīng)用于防滲處理，結(jié)合環(huán)保要求，制定出環(huán)境保護(hù)標(biāo)準(zhǔn)及相應(yīng)的法規(guī)。
3 丹江口和龍羊峽特殊地基問題化灌處理設(shè)計(jì)與應(yīng)用分析
　　為便于化學(xué)灌漿處理特殊地基問題的應(yīng)用，并探討三峽工程特殊地質(zhì)問題化學(xué)灌漿處理的必要性問題，對(duì)丹江口、葛洲壩、萬(wàn)安、龍羊峽等60～80年代建成的大型水電工程，采用化學(xué)灌漿解決的技術(shù)問題及處理效果進(jìn)行了分析與整理。
3.1 漢江丹江口水利樞紐帷幕丙凝灌漿
　　河床混凝土壩基為變質(zhì)閃長(zhǎng)巖、閃長(zhǎng)玢巖和灰綠巖，基巖構(gòu)造裂隙為細(xì)微裂隙，斷層構(gòu)造巖透水性一般較小。細(xì)微裂隙及透水性較小的斷層構(gòu)造巖防滲處理是該工程壩基防滲的主要問題。該工程在我國(guó)最早將丙凝灌漿應(yīng)用于壩基防滲透水率q≤0.5Lu，解決了以下兩類問題：
　　(1)防止斷裂交匯區(qū)的滲透破壞(機(jī)械管涌)問題：混凝土壩9～11壩段分別有該工程規(guī)模最大的斷裂交匯區(qū)，構(gòu)造粘土巖、軟弱糜棱巖分布于斷裂帶的滑動(dòng)面上，貫穿壩基上下游，遇水崩解。構(gòu)造巖的化學(xué)成份中，可溶巖含量較大，這些都是產(chǎn)生滲透破壞的內(nèi)在條件。構(gòu)造巖的透水性不大，透水率一般小于0.2Lu，屬相對(duì)不透水，給水泥灌漿帶來了困難。灌漿試驗(yàn)表明，在1.3MPa的灌漿壓力下，水泥注入量小于0.5kg/m。曾研究過各種防滲方案，最終采用8～10m深混凝土防滲齒墻配合上游短粘土鋪蓋的防滲方案，在斷裂交匯區(qū)不設(shè)置壩基排水孔，同時(shí)對(duì)如何提高軟弱構(gòu)造巖的抗?jié)B透破壞能力進(jìn)行了長(zhǎng)時(shí)間的研究，最后決定采用丙凝灌漿進(jìn)一步提高基巖及斷層構(gòu)造巖的抗?jié)B性。設(shè)計(jì)時(shí)布置了三排丙凝帷幕灌漿孔，孔距2.0m。當(dāng)主付排孔施工后，發(fā)現(xiàn)灌漿效果良好，131段丙凝灌注段中，注入量為10～20L/m者計(jì)5段，注入量為2～10L/m者計(jì)88段，說明在相對(duì)不透水的構(gòu)造巖中，丙凝漿液尚有一定的注入量，可進(jìn)一步提高軟弱構(gòu)造巖的抗?jié)B性。結(jié)合中間加強(qiáng)排進(jìn)行的8個(gè)檢查孔，33個(gè)壓水段中，除1段q=0.75Lu外，其余均小于0.5Lu，據(jù)此取消了中間加強(qiáng)排帷幕。混凝土壩14～16壩段存在一斷裂交匯區(qū)，地質(zhì)條件類似于9～10壩段，但構(gòu)造巖性質(zhì)較好，交匯區(qū)規(guī)模較小，主帷幕水泥灌漿施工完畢后，水泥注入量甚少，效果極不明顯，參考9～11壩段灌注丙凝的經(jīng)驗(yàn)，在14～16壩段斷裂交匯區(qū)的付排帷幕布置孔距為2.0m的丙凝灌漿孔，孔深為主帷幕的1/2左右。丙凝注入量為2～10L/m者計(jì)30段，占總灌注段的69.8%，情況與9～11壩段的類似。


　　(2)水泥灌漿“失水回濃”及達(dá)不到防滲標(biāo)準(zhǔn)左部河床19～31壩段屬細(xì)微裂隙發(fā)育的微透水區(qū)弱透水區(qū)，在總共2005段水泥灌漿段中，正常結(jié)束的計(jì)909段，占44.3%，其余均在失水回濃情況下被迫結(jié)束的，灌漿結(jié)束時(shí)吸漿量在1.0L/min以上的有536段，占26.8%，說明灌漿效果不理想；該部位主付排帷幕施工完畢后鉆進(jìn)的23個(gè)檢查孔186段壓水檢查資料表明，q<0.5Lu者為74段，占總段數(shù)的39.8%，其余60.2%均大于設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，且有的檢查孔孔段的q值比相鄰的I序孔還要大，最大增大達(dá)15倍。分析產(chǎn)生這種異常現(xiàn)象的原因，總體上是細(xì)微裂隙沒有灌好造成的。蓄水后雖壩基滲壓力未超過設(shè)計(jì)允許值，但壩基各排水孔排滲量較大，是整個(gè)壩基排水孔中排滲量最大的一區(qū)，21～23壩段單孔滲水量一般為0.3L/min，個(gè)別達(dá)4.5L/min，25～26壩段一般為2～3.2L/min，個(gè)別達(dá)5L/min。為了減少壩基滲流量，避免因長(zhǎng)期的滲透水流沖刷影響帷幕壽命和大壩的安全運(yùn)行，根據(jù)地質(zhì)和灌漿資料，在21～24壩段的兩排水泥灌漿帷幕間增加一排丙凝加強(qiáng)灌漿帷幕，25～31壩段取消原設(shè)計(jì)的加強(qiáng)排水泥灌漿帷幕，而在25～28壩段的兩排水泥灌漿帷幕間增加一排丙凝加強(qiáng)灌漿帷幕。從施工資料來看，丙凝注入量在5L/m以上的孔段達(dá)106段，占總灌漿段數(shù)187段的55.7%，說明具有一定的可灌性。另外，丙凝加強(qiáng)帷幕灌漿施工完畢后，相應(yīng)于上述兩部位的壩基排水孔滲水量分別減少到0.2～0.5L/min及1.5～2L/min，說明丙凝灌漿取得了一定的效果。但在26～28壩段范圍內(nèi)，檢查孔中q>0.5Lu的孔段仍達(dá)32.3%，且多位于檢查孔的末幾段，分析其原因乃是設(shè)計(jì)孔距偏大、灌漿時(shí)控制膠凝時(shí)間不當(dāng)及加強(qiáng)排帷幕深度不夠等因素造成的，故又在26～28壩段范圍內(nèi)進(jìn)行了第二次丙凝帷幕灌漿，加深部位的丙凝注入量較第一次已灌部分為大，壩基排水孔滲水量則較加深前降低了21.5%以上。
　　壩基丙凝灌漿段總深度為2553m，共計(jì)灌入丙凝13200L。
3.2 黃河龍羊峽水電站G4劈理帶帷幕組合化學(xué)灌漿
　　龍羊峽水電站重力拱壩左壩肩分布有偉晶巖劈理帶G4，貫穿壩肩上下游，與左岸重力墩大致平行，距上游壩面5～10m，傾向上游，傾角84°左右，分為3～5個(gè)分支，內(nèi)有3～5cm厚非連續(xù)性?shī)A泥，實(shí)測(cè)4個(gè)點(diǎn)的變形模量平均為2.2GPa。結(jié)構(gòu)模型試驗(yàn)表明，壩基進(jìn)行有關(guān)加固和一般防滲處理后，在正常蓄水位條件下，G4內(nèi)部受拉應(yīng)力作用；天然狀態(tài)地質(zhì)力學(xué)模型試驗(yàn)表明，庫(kù)水位達(dá)正常蓄水位時(shí)，G4即開始出現(xiàn)裂縫。設(shè)計(jì)除對(duì)左壩肩及G4采取了有關(guān)結(jié)構(gòu)處理措施外，對(duì)G4的防滲處理考慮過混凝土斜防滲墻方案和組合化學(xué)灌漿帷幕方案，經(jīng)上級(jí)批準(zhǔn)，采用了組合化學(xué)灌漿帷幕方案。對(duì)G4在現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行了高壓水泥灌漿及“中化-798”(一種環(huán)氧樹脂漿與Lw(一種水溶性聚安脂)化學(xué)灌漿試驗(yàn)。由于G4組合帷幕有抗拉、抗剪及提高變模的要求，設(shè)計(jì)對(duì)組合帷幕幕體灌漿試驗(yàn)要求為：透水率q<0.1Lu，變模Eb=5～7CPa，抗剪強(qiáng)度τ>2MPa，抗壓強(qiáng)度σ達(dá)到0.5～1.5MPa，遇水線膨脹率2%～3%(對(duì)Lw灌漿的要求)。通過現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)、各項(xiàng)檢查測(cè)試及室內(nèi)試驗(yàn)，認(rèn)為取得了令人滿意的成果，專家審查認(rèn)為試驗(yàn)成果宏觀上均可滿足設(shè)計(jì)要求。最終確定G4采用上述組合帷幕試驗(yàn)方案進(jìn)行處理。組合帷幕先進(jìn)行最大壓力為6MPa的高壓水泥灌漿，再進(jìn)行壓力為3MPa的“中化-798"灌漿，最后在上游側(cè)進(jìn)行壓力為3MPa的Lw灌漿。“中化-798"灌漿完成934.56m，平均注入量46.29L/m，Lw灌漿完成1563.15平均注入量17L/m。G4組合帷幕灌漿施工完成后對(duì)“中化-798"灌漿鉆孔取樣進(jìn)行了室內(nèi)力學(xué)試驗(yàn)，就試驗(yàn)結(jié)果本身看，化學(xué)灌漿是成功的，但取樣代表性值得研究，試驗(yàn)結(jié)果離差系數(shù)較大，試樣以破碎巖體為主，對(duì)泥化帶試樣較少甚至沒有。
　　4 三峽工程基礎(chǔ)化學(xué)灌漿必要性分析
　　三峽工程壩墓巖體為閃云斜長(zhǎng)花崗巖，其中含有細(xì)粒閃長(zhǎng)巖和片巖包裹體、花崗巖脈、偉晶巖脈、輝綠巖脈及閃斜斑巖脈。壩基利用巖體以微新巖石為主，部分利用了弱風(fēng)化下部巖體。基巖構(gòu)造裂隙屬細(xì)微裂隙，從總體看，透水性微弱，相對(duì)不透水巖體(q<1Lu)埋深為10～60m，局部達(dá)110m，在斷裂發(fā)育帶、卸荷帶及巖脈與斷裂接觸面透水性強(qiáng)，相對(duì)不透水巖體頂板相應(yīng)下降。
　　各建筑物墓礎(chǔ)帷幕的防滲標(biāo)準(zhǔn)為透水率q<1Lu，一般地段布置一排孔，局部斷裂帶及強(qiáng)透水區(qū)布置二排孔，灌漿材料為普通水泥和濕磨普通水泥，設(shè)計(jì)最大灌漿壓力6MPa，灌漿普通水泥達(dá)不到設(shè)計(jì)防滲要求的地段，考慮采用超細(xì)水泥漿材或化學(xué)漿材灌注；基礎(chǔ)固結(jié)灌漿只考慮對(duì)壩踵、壩趾各四分之一左右范圍受卸荷、爆破作用使巖體完整性受到影響、透水性增大的淺部表層基巖，以及斷裂構(gòu)造及其交切區(qū)基巖的淺層基巖，邊坡穩(wěn)定需要充填加固的部位，進(jìn)行固結(jié)灌漿處理。壩踵、壩趾各四分之一左右范圍的灌漿深5～6m，斷裂等地質(zhì)缺陷部位灌漿深10～20m，主帷幕與封閉帷幕前固結(jié)兼輔助帷幕深度分別為20m和10m。視各部位的施工安排情況，采用在3～4m混凝土蓋重、基巖找平混凝土及引埋管方式進(jìn)行固結(jié)灌漿，灌漿壓力一般為0.4～0.6MPa，灌漿材料為普通水泥和濕磨普通水泥。
　　三峽工程開工后進(jìn)行了兩個(gè)階段的現(xiàn)場(chǎng)灌漿試驗(yàn)，第一階段為水泥灌漿試驗(yàn)，第二階段為泥化斷層加固的水泥化學(xué)復(fù)合灌漿(固結(jié)灌漿)試驗(yàn)。針對(duì)F548選擇合適的試驗(yàn)場(chǎng)地，最終選定在與F548性狀類似的f215進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)。設(shè)計(jì)提出疏松狀構(gòu)造巖及泥化帶在飽和狀態(tài)下應(yīng)達(dá)到如下要求：變形模量Eb≥15GPa，抗拉強(qiáng)度RL≥1.3MPa，抗剪參數(shù)C≥1.5MPa，f≥1.3，軸心抗壓強(qiáng)度Ra≥10.5MPa，泊松比μ≤0.25，透水率q《1Lu。現(xiàn)場(chǎng)各項(xiàng)檢查及取樣室內(nèi)試驗(yàn)結(jié)果表明，采用“長(zhǎng)科院-CW”漿材進(jìn)行水泥化學(xué)復(fù)合灌漿處理類似F215斷層破碎帶，效果明顯，整體達(dá)到了設(shè)計(jì)要求。


　　三峽工程正在進(jìn)行緊張的施工，二期工程帷幕灌漿已全面展開。根據(jù)三峽工程基巖滲透特性、現(xiàn)場(chǎng)帷幕灌漿試驗(yàn)成果及一期工程部分壩段帷幕灌漿施工資料，筆者認(rèn)為，三峽工程壩基防滲帷幕采用“小口徑鉆孔、孔口封閉”高壓灌漿法灌注普通水泥和濕磨普通水泥，在一般部位基本能滿足設(shè)計(jì)防滲標(biāo)準(zhǔn)，但不排除局部特殊地段達(dá)不到設(shè)計(jì)防滲要求，相信通過增加水泥灌漿孔的排數(shù)、采用超細(xì)水泥等措施，進(jìn)行處理后能滿足防滲要求；另外，由于三峽工程基巖為細(xì)微裂隙，按國(guó)內(nèi)一些類似已建工程壩基防滲、排水設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)和觀測(cè)資料，三峽水庫(kù)蓄水后，局部地段出現(xiàn)壩基排水孔排滲量較大、揚(yáng)壓力偏大甚至超過設(shè)計(jì)值問題可能會(huì)存在，到時(shí)根據(jù)實(shí)際情況，可能需要采用具有良好穿透性和可控制膠凝時(shí)間的化學(xué)材料進(jìn)行處理。
　　在基巖加固方面，升船機(jī)上閘首F548斷層經(jīng)計(jì)算采用掏挖回填混凝土結(jié)合水泥灌漿處理措施后，基本上能滿足設(shè)計(jì)要求，加上難以創(chuàng)造條件對(duì)F548進(jìn)行進(jìn)一步化學(xué)灌漿處理，沒有采用水泥化學(xué)復(fù)合灌漿作進(jìn)一步處理。考慮到三峽工程規(guī)模巨大、戰(zhàn)線長(zhǎng)，特別是永久船閘牽涉到諸多復(fù)雜的巖石力學(xué)問題。第一階段水泥灌漿試驗(yàn)表明，按上述帷幕灌漿設(shè)計(jì)參數(shù)，采用“小口徑鉆孔、孔口封閉”高壓灌漿方法，灌注普通水泥和濕磨普通水泥漿所形成的幕體，滿足設(shè)計(jì)防滲要求；在有混凝土蓋重和基巖找平混凝土方式下灌注普通水泥和濕磨普通水泥漿滿足一般裂隙性巖體部位的固結(jié)灌漿要求。
　　第二階段泥化斷層加固的水泥化學(xué)復(fù)合灌漿試驗(yàn)是在升船機(jī)上閘首揭露出F548等泥化斷層后開展的F548斷層有多個(gè)分支，寬0.1～1.3m不等，構(gòu)造巖呈疏松狀，局部泥化，構(gòu)造巖變形模量試驗(yàn)最低為7.9～32.18MPa，地質(zhì)建議值為200～500MPa。F548斷層的分布對(duì)上閘首結(jié)構(gòu)極為不利，斜切上閘首右下角，在相鄰的左非8#壩段與F23斷層交匯。對(duì)其處理措施進(jìn)行了多方案的比較，方案比較過程中對(duì)化學(xué)灌漿處理方案進(jìn)行了重點(diǎn)考慮。參照龍羊峽G4辟理帶環(huán)氧漿液化灌經(jīng)驗(yàn)，并根據(jù)有關(guān)專家的建議，進(jìn)行水泥化學(xué)復(fù)合灌漿試驗(yàn)。其地面及地下工程開挖已揭露出數(shù)條類似F548的泥化斷層，必要時(shí)可采用水泥化學(xué)復(fù)合灌漿進(jìn)行處理；此外，左廠1～5壩段壩基緩傾角裂隙對(duì)壩基穩(wěn)定的影響問題，受到各方面的高度重視，是三峽工程一項(xiàng)重要技術(shù)課題，雖然經(jīng)論證各項(xiàng)結(jié)構(gòu)處理措施能滿足抗滑穩(wěn)定要求，但是否有必要采用水泥化學(xué)復(fù)合灌漿作進(jìn)一步處理，值得研究。
5 結(jié)語(yǔ)
　　(1)根據(jù)三峽工程現(xiàn)場(chǎng)灌漿試驗(yàn)成果及一、二期工程部分壩段帷幕與固結(jié)灌漿施工資料，三峽工程帷幕灌漿需采用丙凝類材料灌漿的必要性與可能性不大；一些特殊地質(zhì)缺陷部位，采用化學(xué)灌漿進(jìn)行地基加固問題值得研究。
　　(2)水工建筑物對(duì)地基防滲要求雖然較高，一方面，采用普通水泥或細(xì)顆粒水泥灌漿，特別是高壓灌漿的廣泛采用，一般能滿足壩基防滲要求；另一方面，隨著壩基防滲排水設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)和已建工程壩基揚(yáng)壓力觀測(cè)資料的不斷積累，目前，壩基防滲設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)有放寬的趨勢(shì)，加之環(huán)境保護(hù)問題日益重要，限制了化學(xué)灌漿技術(shù)在壩基防滲中的使用。
　　(3)由于化學(xué)灌漿技術(shù)的獨(dú)特優(yōu)越性，在水電行業(yè)及其它行業(yè)采用化學(xué)灌漿加固地基，已越來越多，化學(xué)灌漿技術(shù)在地基加固處理方面還是有發(fā)展與應(yīng)用前途的。